Düşük Hızlı Darbe Hasar Analizi

5, 10, 15 J enerji seviyelerinde düşük hızlı darbe testi uygulanan numunelerin hasar mekanizmaları optik mikroskop ile incelenmiştir. İncelemenin yapılması için darbe testi uygulanan numuneler, vurucu ucun temas bölgelerinden kesilmiş ve kesit bölgelerinden hasar mekanizmaları görüntülenmiştir.

Tüm darbe enerjisi seviyelerinde, numunelerde hasar oluşumu gözlemlenmiştir. Beklendiği gibi darbe enerjisinin artması ile numunelerde hasarlı bölgenin alanı artmakta ve deformasyon mekanizması belirgin şekilde görülmektedir. Tüm darbe enerji seviyelerinde hasar, ağırlıklı olarak çatlak oluşumu ve delaminasyon şeklinde olmuştur. 10, 15 J enerji seviyelerinde ise bu hasar oluşumunda belirginleşme ve hasarlı tabaka sayısında artma oluşmuştur.

Optik mikroskop görüntüleri incelendiğinde nanopartiküllerin oluşan darbe enerjisini malzeme içerisinde homojen olarak yayılmasını sağladığı görülmüştür. Bu sayede nanopartiküller yapı içerisinde lokal alanda büyük deformasyonlar oluşmasını önlemişlerdir. Nanopartikül ilavesi ile darbe enerjisinin tüm yapı içerisine eşit aktarılması ve artan elyaf-matris arayüz bağlarının kuvvetlenmesi sayesinde, saf numunelerde ağırlıklı hasar mekanizması olan delaminasyon, nanopartikül ilaveli numunelerde yerini

tüm tabakalarda görülebilen matris çatlaklarına bırakmıştır. Bu sayede nanopartikül ilaveli numuneler daha fazla darbe enerjisi absorbe etmiş, darbelere karşı daha dirençli özellik göstermişlerdir.

Yaşlandırma işlemi, malzemenin rijitlik kaybına sebep olmuştur. Rijitliğini kaybeden numuneler darbelere karşı daha fazla elastik özellik göstermişlerdir. Yaşlandırılmamış halde kırılgan ve rijit olan kompozit yapıda, yaşladırma sonucu oluşan yumuşama ve şekil değiştirme kabiliyeti yapı içerisindeki hasar mekanizmasını değiştirmiştir. Rijitlik kaybı sebebi ve darbe sonucu oluşan eğilme momenti her tabakada farklı olmuş ve tabakalar arasında oluşan gerilme uyuşmazlığı yapıyı delaminasyona ve kayma çatlaklarının oluşumuna zorlamıştır. Dolayısıyla yaşlandırma işlemi uygulanmış numunelerde kesme kuvvetinin etkisi sebebi ile oluşacak matris çatlamalarından çok, delaminasyon görülmekte ve yaşlandırma süresi arttıkça malzemenin darbe mukavemeti azalmaktadır.

5.3.1 5 J Darbe Enerjisi

Yaşlandırılmamış ve 5 J ağırlık düşürme testi uygulanmış saf ve nano parikül ilaveli epoksi numunelerin hasar görüntüleri Şekil 5.26’ gösterilmiştir. Şekil 5.26a’da gösterilen saf numunede, vurucunun temas noktasında matris çatlaması ve çatlak bölgesinde delaminasyon başlamıştır. Vurma noktasının tersinde oluşan eğilme momenti etkisi ile en alt tabakada delaminasyon görülmektedir.

BNNP ilaveli epoksi numune incelendiğinde deformasyon mekanizması saf numuneye benzemektedir. vurucu nufuziyetinin bulunduğu noktada matris yapıda çatlak meydana gelmiştir. (Şekil 5.26 b). Meydana gelen bu çatlak aynı tabaka üzerinde delaminasyona sebep olmuştur. Yine vurucunun oluşturduğu eğilme etkisi ile en alt tabakada delaminasyon görülmektedir.

ÇCKNT ilaveli numunede nufuziyet yüzeyinde herhangi deformasyon olmamasına karşın, darbe etkisi ile oluşan eğilme momenti neticesinde temas yüzeyinin arkasında delaminasyona ve matris çatlaması olmuştur. (Şekil 5.26 c).

Şekil 5.26 Yaşlandırılmamış numunelerde 5 J darbe enerjisi kesit görüntüleri a) saf, b) % 0.5 BNNP, c) % 0.3 ÇCKNT, d) 0.5 BNNP+0.3 ÇCKNT

Şekil 5.26d ile gösterilen, BNNP+ÇCKNT ilaveli yaşlandırılmamış hibrit numunelerde herhangi bir deformasyon oluşmamıştır.

1 Hafta süre ile yaşlandırılmış numunelerin deformasyonu Şekil 5.27’de gösterilmiş ve Şekil 5.26’da gösterilen yaşlandırılmamış numunelere göre daha belirgin olmuştur. Şekil 5.27 a’da gösterilen bir hafta yaşlandırılmış saf epoksili numunede vurucu temas yüzeyinde matris çatlaması ve buna bağlı olarak delaminasyon görülmektedir.

Şekil 5.27 b’de gösterilen BNNP ilaveli epoksili numunede vurucu temas yüzeyindeki tabakada delaminasyon görülmektedir. Ayrıca darbenin oluşturduğu kuvvet etkisi ve darbe yüzeyinin tersinde eğilme momenti sonucu oluşan çekme kuvvetinin etkisi ile alt tabakada delaminasyon görülmektedir.

Şekil 5.27 c’de ÇVKNT ilaveli epoksi kompozite ait deformasyon görünmektedir. Temas noktasında matris çatlağı oluşmuş ve oluşan çatlak, yapı içerisinde delaminasyon şeklinde devam etmiştir. Şekil 5.27d’de gösterilen bir hafta yaşlandırılmış hibrit numunede son tabakada çatlak oluşmuştur.

Şekil 5.27 Bir Hafta yaşlandırılmış numunelerde 5 J darbe enerjisi kesit görüntüleri a) saf, b) % 0.5 BNNP, c) % 0.3 ÇCKNT, d) 0.5 BNNP+ 0.3 ÇCKNT

5 J darbe enerjisi sonucunda iki hafta yaşlandırılmış numunelerde oluşan deformasyon görüntüleri şekil 5.28’de gösterilmiştir. Bir hafta yaşlandırmış numuneler referans alınarak inceleme yapıldığında numunelerde oluşan deformasyonda kısmen artış görülmektedir.

Şekil 5.28a’da gösterilen saf numunede darbe temasının olduğu bölgede hafif tabaka ayrışması görülmektedir. Darbe temas yüzeyinin tersinde ise büyük ölçekte delaminasyon gözlenmektedir. Bazı numunelerin darbe bölgesinden kesimi esnasında kesici taşın yüzeye uyguladığı sürtünme etkisi ile fiber kopması oluşmuştur. Oluşan fiber kopmasının darbe etkisiyle ilişkisi yoktur.

Şekil 5.28c’de gösterilen ÇCKNT ilaveli numunenin son iki tabakadasında, eğilme momentinin oluşturduğu çekme kuvveti sebebiyle delaminasyon oluşmuştur.

Şekil 5.28d’de gösterilen BNNP ve ÇCKNT ilaveli epoksi reçineli numunede son tabakada küçük delaminasyon bölgesi oluşmuştur. 5 J darbe enerjisine maruz kalan hibrit borular için iki hafta yaşlandırma süresi, ilk deformasyona uğradıkları yaşlandırma süresi olmuştur.

Şekil 5.28 İki hafta yaşlandırılmış numunelerde 5 J darbe enerjisi kesit görüntüleri a) saf, b) % 0.5 BNNP, c) % 0.3 ÇCKNT, d) 0.5 BNNP+0.3 ÇCKNT

Üç hafta yaşlandırılmış numuneler Şekil 5.29’da gösterilmiştir. Şekiller incelendiğinde, yaşlanma süresinin artmasıyla delaminasyon hasarının arttığı anlaşılmaktadır.

Şekil 5.29a’da gösterilen saf numunenin her tabakasında delaminasyon oluşmuştur. 29b’de matris yapısında BNNP bulunan numunede ilk tabakada matris çatlamasıyla birlikte delaminasyon, son tabakada delaminasyon meydana gelmiştir. Şekil 5.29 c’de gösterilen ÇCKNT katkılı numuneye göre daha fazla deformasyona uğramıştır.

Şekil 5.29 d’de gösterilen hibrit kompozitte, eğilme momentinin etkisi ile son tabakada delaminasyon oluşmuştur. BNNP ve ÇCKNT nanopartiküllerin sinerjik etkisi sebebi ile en az deformasyon hibrit numunede görülmektedir.

Şekil 5.29 Üç hafta yaşlandırılmış numunelerde 5 J darbe enerjisi kesit görüntüleri a) saf, b) % 0.5 BNNP, c) % 0.3 ÇCKNT, d) 0.5 BNNP+0.3 ÇCKNT

5.3.2 10 J Darbe Enerjisi

10 J düşük hızlı darbe deneyi uygulanan numuneler, beklenildiği gibi 5 J enerji seviyesinde darbe uygulanan numunelerden daha fazla deformasyona uğramışlarıdır. Bu enerji seviyesinde yapılan deneylerde deformasyon çok sayıda matris çatlaması ve büyük delaminasyonlar şeklinde oluşmuştur. 10 J darbe enerjisi uygulanan numunelerin deformasyon görüntüleri yaşlandırma sürelerine göre Şekil 5.30, 31, 32 ve 33’te gösterilmektedir.

5 ve 10 J darbe enerji seviyeleri için vurucunun temas ettiği noktada malzeme, delaminasyon ya da matris çatlaması gibi ciddi bir deformasyona uğramamış ise hasar mekanizması alt tabakalarda; genelikle eğilme momentinin oluşturduğu çekme kuvvetinin etkisi ile son tabakada oluşmaktadır. Bunun sebebi, nüfuziyet noktasında oluşan kuvveti diğer tabakalara aktaramayan malzeme, ilk tabakada deformasona uğrayarak darbe kuvvetinin büyük kısmını absorbe etmekte ve alt tabakalarda küçük çatlak oluşumu ya da lokal delaminasyonlar gibi daha düşük ölçekte hasara uğramaktadır. Darbe esnasında vurucunun temas ettiği tabaka, kuvveti alt tabakalara aktarırken temas yüzeyinde küçük hasarlar oluşmakta; iç tabakalarda ve özellikle son tabakada hacimce büyük delaminasyolar görülebilmektedir.

Şekil 5.30 Yaşlandırılmamış numunelerde 10 J darbe enerjisi kesit görüntüleri a) saf, b) %0.5 BNNP, c) % 0.3 ÇCKNT, d) 0.5 BNNP+0.3 ÇCKNT

Şekil 5.31 Bir hafta yaşlandırılmış numunelerde 10 J darbe enerjisi kesit görüntüleri a) saf, b) %0.5 BNNP, c) % 0.3 ÇCKNT, d) 0.5 BNNP+0.3 ÇCKNT

Şekil 5.32 7 İki hafta yaşlandırılmış numunelerde 10 J darbe enerjisi kesit görüntüleri a) saf, b) %0.5 BNNP, c) % 0.3 ÇCKNT, d) 0.5 BNNP+0.3 ÇCKNT

Şekil 5.33 Üç hafta yaşlandırılmış numunelerde 10 J darbe enerjisi kesit görüntüleri a) saf, b) % 0.5 BNNP, c) % 0.3 ÇCKNT, d) 0.5 BNNP+0.3 ÇCKNT

5.3.3 15 J Darbe Enerjisi

En büyük deformasyonlar 15 J darbe enerjisi uygulanmış numunelerde görülmek- tedir. Bu numunelerin hemen hemen her tabakasında büyük ölçekte deformasyonlar oluşmuştur.

15 J darbe testi uygulanmış numuneler Şekil 5.35, 36, 37, 38’de gösterilmiştir. 15 J darbe enerjisi uygulanan numuneler için istisnaları olmakla birlikte nanopartikül ilave edilen numunelerde deformasyon mekanizmasının çeşitlendiği görülmektedir. Özellikle matris yapıda kütlece % 0.3 KNT ile birlikte % 0.5 BNNP içeren hibrit numune örneklerinde bu durum daha net olarak gözlemlenmiştir.

Şekil 5.34 Nanopartikül ilaveli ve saf matrisli numunelerde deformasyon a) Saf epoksi, b) %0.3 ÇCKNT+ % 0.5 BNNP

Şekil 5.34’te nanopartikül ilavesi ile 15 J enerji seviyesinde hasar mekanizmasının çeşitlendiği görülmektedir. Kuvvet, yapı içerisinde aktarılırken nanopartiküle temas ettiği noktada gerilme birikmesi olmakta, belli bir değerden sonra bu kuvvet yön değiştirmekte ve dolayısı ile tabakalar arasında matris yapıda oluşan deformasyon kesme çatlağı gibi farklı deformasyon şekilleriyle elyaf yapıya ve diğer tabakalara aktarılmaktadır. Bu sayede nanopartikül ilaveli numuneler, saf numunelere nazaran daha çok enerji absorbe etmiş ve daha üstün darbe karakteristiği sergilemiştir.

Bazı nanopartikül ilave edilen numunelerde yoğun çatlak oluşumu gözlendiği halde delaminasyon mekanizması da belirgin olmuştur. Bunun sebebi matris yapıda çok fazla nanopartikül bulunmasıdır. Fazla nanopartikül neticesinde epoksi reçine hazırlama aşamasında ve imalat sırasında nanopartiküller toplanma eğilimi göstermişlerdir. Bu durum matris-elyaf arasındaki bağı zayıflatabilir. Malzemenin mekanik özelliklerini artırması beklenen nanopartiküller, belirli oranın üzerinde oldukları zaman özellikle dinamik kuvvetlerin etkisi altında kaldıkları durumlarda malzemenin mekanik özelliğini olumsuz etkileyebilirler.

Şekil 5.35 Yaşlandırılmamış numunelerde 15 J darbe enerjisi kesit görüntüleri a) saf, b) % 0.5 BNNP, c) % 0.3 ÇCKNT, d) 0.5 BNNP+0.3 ÇCKNT

Şekil 5.36 Bir hafta yaşlandırılmış numunelerde 15 J darbe enerjisi kesit görüntüleri a) saf, b) % 0.5 BNNP, c) % 0.3 ÇCKNT, d) 0.5 BNNP+0.3 ÇCKNT

Şekil 5.37 İki hafta yaşlandırılmış numunelerde 15 J darbe enerjisi kesit görüntüleri a) saf, b) % 0.5 BNNP, c) % 0.3 ÇCKNT, d) 0.5 BNNP+0.3 ÇCKNT

Şekil 5.38 Üç hafta yaşlandırılmış numunelerde 15 J darbe enerjisi kesit görüntüleri a) saf, b) % 0.5 BNNP, c) % 0.3 ÇCKNT, d) 0.5 BNNP+0.3 ÇCKNT

6. SONUÇLAR VE ÖNERİLER